水下输油管微孔溢油的实验研究

目前大部分溢油研究都是针对大孔径泄漏进行的。文中对水下管道微孔(直径小于5 mm的孔)泄漏溢油进行了实验研究,获得了不同尺寸微孔泄漏与出流系数的关系、不同泄漏量时溢油油滴上升至水面的时间以及泄漏产生的浮羽射流的形态。实验结果表明,出流系数会随着泄漏孔孔径的增大而变大,而泄漏量的增加则会明显缩短溢油上浮至水面的时间,增大羽射流宽度。研究对水下微孔泄漏的溢油扩散提供了实验参考,为今后微孔溢油的相关研究打下基础。     

水下溢油数值模拟研究

基于Lagrange积分法和Lagrange粒子追踪法建立了一个水下溢油数值模型。该溢油模型由两个子模型组成:羽流动力模型和对流扩散模型,其中羽流动力模型用以模拟溢油的喷发阶段和浮力羽流阶段;对流扩散模型用以模拟溢油的对流扩散阶段。通过数值实验,结合实验室水槽实验和水下溢油现场实验的观测资料进行模型验证。实验结果表明,模拟结果与观测资料一致性较好,从而验证了本文溢油模型的合理性和准确性;羽流动力模型为对流扩散模型提供源,海流、海水的垂向密度结构和油滴的直径分布是影响溢油在对流扩散阶段运动和分布的主要因素。     

横流环境中水下溢油输移扩散的实验研究

文章基于自制的组合式环形水槽（周长9.7 m、宽0.45 m、深1.0 m）,分别以阿曼原油及其消油剂混合物和淡水（含示踪剂）为模拟污染物,开展水下溢油的物理模拟实验,以浮射流输移轨迹、污染物扩散范围和油滴粒径分布为考察指标,研究横流环境和消油剂的使用对水下溢油输移扩散的影响。实验结果表明:在横流环境中,浮射流输移轨迹开始弯曲的高度随着流速的增加而降低;与淡水浮射流主要在水中输移扩散的情况不同,当污染物为原油时,大粒径油滴脱离浮射流主体并上浮至水面,导致扩散范围更大;消油剂的添加会使原油浮射流内部油滴的体积中值粒径变小,油滴粒径分布曲线向小尺寸方向偏移。实验结果可为后续的物理模拟实验和数值模拟研究提供参考。     

静水和动水环境中水下溢油浮射流初步实验及数值模拟

为深入研究井喷和管道破损等海底事故后溢油在水下环境中的输移扩散过程,文章利用自制的组合式环形水槽（周长9.7 m、宽0.45 m、深1 m）,以阿曼原油与消油剂混合物和淡水（含示踪剂）为模拟污染物,初步开展静水和动水环境中海底溢油浮射流的物理模拟实验,并应用基于拉格朗日积分方法的水下溢油浮射流模型进行数值模拟比较分析。研究结果表明:静水环境中,水下溢油浮射流主要沿喷口的垂直中心线向水面输移扩散;非均匀流动水环境中,横流速度越大,浮射流输移轨迹的弯曲程度越明显;数值模拟的浮射流轨迹总体上与实验观测结果符合较好;研究结果可为今后相关物理实验和数值模型的改进研究提供有益参考。     

基于VOF方法的海底管道溢油扩散数值模拟研究

在海底输油管道运行过程中,管道渗漏、穿孔及破碎都会导致原油泄漏。对溢油运动的轨迹及其扩散范围作出预报可为溢油事故的处理提供及时、准确的信息,指导应急处理的正确实施。基于工程实际需求,采用有限体积法,结合k-ε紊流模型,建立了海流作用下海底输油管道溢油扩散数值模型。采用VOF方法(volume of fluid method)追踪多相流界面。首先,将数值模拟结果与Fan的实验值及Zheng和Yapa的数值结果进行了对比,验证数值模型的可靠性;其次,研究了不同原油溢出速度与环境水深对不同时刻溢油轨迹、到达海面时间、横向漂移距离与海面扩散范围的影响。研究表明:随原油溢出速度增大,溢油到达海面时间逐渐减小,溢油横向漂移距离与海面扩散范围则逐渐增大;随环境水深增大,溢油到达海面时间逐渐增大,且其变化接近线性分布。     

海上油气开发水下井喷溢油的化学分散技术研究

为有效应对海上油气开发水下井喷溢油事故,降低海底溢油对海洋环境的危害,文章通过模拟试验研究消油剂的类型、使用量和喷注位置对溢油分散效果的影响,并提出深水水下消油剂使用技术体系。研究结果表明：GM-2消油剂对原油呈现良好的分散性能,且分散效果随剂油比的增大而增强;水下喷注消油剂的使用量为溢油量的10%时即可获得良好的分散效果;在一定范围内,消油剂喷口与水下井口的水平距离对溢油分散效果的影响极小,而垂直高度对溢油分散效果的影响较大。     

释放角对水下溢油的羽流动力学特性的影响

在考虑羽流阻力的情况下,采用拉格朗日控制单元积分法建立了羽流动力学模型,并采用数值技术对水下溢油羽流动力学特性进行了模拟,详细分析了释放角对羽流运动的影响。模拟结果及分析表明,当释放方向不同时,浮力在羽流轴线上的投影分量不同。在不同的浮力分量作用下,羽流的运动轨迹及羽流速度、浓度和半径随着流程的变化会呈现不同的特点。羽流的这些运动特点可能会使得溢油到达水面的时间及位置随释放角的不同而发生变化。     

海底管道油品泄漏速度的影响研究

为了预测海底管道泄漏油品的扩散规律,解决油品泄漏后的回收处理问题,文中基于计算流体力学CFD的基础,选取k-ε模型和VOF模型建立数值模拟仿真模型,根据不同泄漏速度,模拟了原油泄漏后的扩散情况。通过不同的泄漏速度的分析可以得出:泄漏速度低时,射流持续时间短,发生在海底且横向扩散位移呈线性变化,泄漏速度高时射流时间长,发生位置较高,横向扩散位移分成三个阶段:扩散-短暂停止-扩散。且随着泄漏速度的增加,其对横向位移的影响越来越小。该研究可为海底管道漏油应急预报系统提供理论参考。     

海流作用下海底管道溢油扩散实验研究

采用物理模型试验研究了海流作用下海底输油管道溢油扩散特性。水槽中的原油从管道的泄漏点溢出,并从海底扩散到海面。采用非接触式光学测量技术,设计了图像采集与数据分析系统,研究原油泄漏机理和特性。通过该系统获得了溢油的轨迹、速度和海面上升时间。从定性和定量两个角度分析了水流和溢油量对溢油行为的影响。之后给出了特征物理量对各种因素的敏感性研究。溢油在水下主要以不同粒径的散状颗粒的形式分布。原油的上升过程可分为三个阶段：饱满、分散和聚集阶段。溢油量是影响油粒子上升时间的主要因素。在油粒子的上升过程中,原油的垂直速度主要受溢油量的影响,横向速度则更依赖于水流速度。不同水流与溢油量下,横向溢油速度的偏差远大于海面上升时间和垂直溢油速度的偏差。该研究可为溢油应急预测系统提供理论参考。     

渤海溢油三维漂移数值模拟研究

国家海洋局北海预报中心于2011年开发了渤海三维溢油模型,该模型在分析国内外溢油模型现状的基础上,借鉴当今流行的数值模拟方法,使用油粒子模型与油膜扩展模型相结合的方式,用拉格朗日方法追踪每个带有一定油量的油粒子的轨迹,针对每一个油粒子则使用油膜扩展理论计算其油膜扩展过程。该模型可实现对溢油油污上升及水平输运过程、海表面油污浓度的预报,通过三组理想试验和2012年的海上溢油实验数据,对模型的各项功能、稳定性及模型精度进行了对比验证,结果较好,模型可实现对渤海海域海底或水下发生溢油的数值模拟。该模型解决了以往二维溢油模型在模拟钻井平台及海底输油管道泄漏等溢油事故方面的不足,可更好地为溢油灾害对海洋环境影响的估计提供有效参考信息。     

溢油分散剂的乳化效果及油滴粒径分布影响因素的研究

以GM-2型溢油分散剂和微普紧急泄漏处理液为研究对象,探究不同条件下其处理120#燃料油的乳化效果及对油滴粒径分布的影响。结果表明,提高温度、分散剂与燃料油配比(DOR)以及加强波浪作用均可显著提高溢油分散剂的乳化效果,油滴粒径更小,分布更集中,且液面下较浅处的乳化液浓度较大。GM-2型分散剂乳化效果优于微普分散剂。当温度为25℃,DOR为30%,推波频率为1次/s时,GM乳化效果达到最佳,油滴平均粒径为5.62?m。     

深水区水下溢油行为及归宿研究

深水区水下溢油在上升过程中,受潮流、温度和压强等因素的影响,其溢油行为和归宿与海面溢油明显不同。文章主要在资料分析的基础上研究深水区水下溢油行为和归宿,其行为过程主要包括油气粒径分布、上升速度、油气分离和卷吸等,归宿主要包括水合物、溶解和悬浮羽流等;同时进一步探讨了各行为归宿的影响因素及机制。另外,通过建立深水溢油模型模拟油气上升过程中各行为过程,并在南海荔湾油气田中得到了应用。因此,通过本研究可以深入了解深水区水下溢油复杂的行为过程,为建立深水区溢油应急体系奠定基础,且对深水区溢油损害评估、环境评价具有重要的指导意义。     

渤海原油对黄渤海浮游植物群落结构影响的围隔式实验

本实验共使用三个海上围隔实验生态系统,模拟海上溢油事故,测定了渤海原油对黄渤海浮游植物群落结构的影响.实验结果表明,在1和2毫米厚度溢油的影响下,浮游植物群落的优势种类发生了很大变化,即小型硅藻和鞭毛藻代替了大型硅藻.同时,浮游植物群落的种类多样性和总细胞数也受到一定的影响,其影响程度随溢油量的增多而增大.由于降解作用,水中油含量随时间而逐渐减少,在溢油入海后的第8天,水中油消失,第12天浮游植物群落结构也大体恢复正常.     

深海环境中溢油输移扩散的初步数值模拟

通过对溢油在深海环境中的输移过程及行为特点的分析,初步建立基于拉格朗日积分法的深海溢油模型.该模型除了能够模拟油气混合物在真实深海环境中的共同输移与分离输移扩散过程,还考虑了石油溶解、气体溶解、天然气水合物形成与分解等行为变化对溢油运动轨迹的影响.应用该模型初步数值模拟了一次实际深海溢油试验,结果表明溢油在水下的空间分...     

南海深水区水下溢油三维可视化模拟系统研发与应用

针对南海油气田勘探开发溢油污染防治需求,开发了国内首套深水区水下溢油三维可视化模拟系统,由三维海流预报模型、深水溢油模型、三维可视化仿真系统和数据库组成。海流预报模型基于ROMS模式,通过考虑波致混合影响,并利用最优插值技术同化卫星测高资料和嵌套技术,保障了预报结果的准确性。深水溢油模型由羽流模型和对流扩散模型组成,考虑了卷吸、油气分离、溶解、水合物生成、漂移、扩散等复杂过程。系统能够预测深水区水下油气泄漏后行为和归宿过程,提供油、气、天然气水合物粒子的大小、分布、移动速度和漂移轨迹、扩散面积、水体溢油残存量、水面溢油量等三维可视化动态模拟结果。目前系统已经在油气田勘探开发中得到应用,为南海深水溢油应急提供了重要支撑。     

溢油模拟预测系统在胶州湾溢油事故中的应用

基于FVCOM建立胶州湾的三维水动力模型,考虑风场作用构建一套FVCOM-GNOME-ADIOS相耦合的溢油模拟预测系统,利用此系统对黄岛"11.22"管道泄漏爆炸事故引发的溢油情境进行数值模拟,得到真实环境中溢油漂移路径、扫海范围和风化过程,并对模拟结果了进行验证。结果表明,该预报方法可以较好地进行溢油事故反演。溢油3天后的主要风险海域为跨海大桥以南胶州湾海域和薛家岛海域,对大石头西岸侧、团岛东岸侧及薛家岛南岸侧3条岸线污染最严重,扫海面积达73.24km2。为期5天的溢油风化损失量约为26.76%,其中蒸发量占25.4%。溢油发生后第一个小时是进行溢油应急处理的关键时间,可以有效阻止溢油扩散面积增大,减小污染海域范围。     

海洋溢油溯源数值模拟方法的研究进展

海洋溢油溯源数值模拟可以为海上溢油事故的应急处置提供技术支撑,同时对确定溢油事故的泄漏源和责任方也具有重要的指导意义。本文概述了海洋溢油溯源数值模拟方法的最新研究成果,总结分析了包括对流扩散过程的逆运算、受体模式、粒子追踪模式和垂向溯源方法等在内的四类数值模拟方法的基础理论和研究进展。同时,归纳了三种常用的溢油溯源数值模拟结果分析方法,并给出了每种方法的优缺点及其对应的适用条件。在分析海洋溢油溯源数值模拟方法应用现状的基础上,初步探讨面临的挑战。这对全面理解溢油溯源数值模拟方法的理论和应用提供了重要参考,并可为相关工作和后续数值模拟方法的改进奠定基础。     

颗粒粒径对深海采矿提升泵工作性能影响分析

为研究颗粒粒径对深海采矿提升泵工作性能影响,采用RNGκ-ε湍流模型和Hinze-Tchen颗粒湍流粘性系数模型,运用Fluent软件对采矿提升泵内固液两相流进行数值模拟,比较不同的颗粒粒径对采矿提升泵内颗粒浓度、速度、压力分布的影响,进而分析颗粒粒径对扬程、效率等工作性能的影响,指导深海采矿提升泵的设计。研究结果表明:在转速、流量、颗粒体积分数不变情况下,随着颗粒粒径增大,泵的扬程和效率都逐渐下降;叶轮叶片中前部流道内浆体的颗粒浓度大幅上升,叶轮流道内颗粒动态沉积更加严重,叶轮流道过流面积随之减小,反而加大了叶轮流道内贯流的相对速度,从而有效地抑制了边界层分离的发生,但在叶轮叶片中后部压力面上浆体压力下降幅度较大,泵内浆体总压逐渐下降,扬程随之减小;在叶轮出口处,流道内固液两相流的速度差异增大,在叶轮出口处形成的射流-尾迹结构增强,并在空间导叶流道内形成更加明显的二次流及漩涡,从而加大水力损失,降低效率。实验证实了数值模拟方法的可行性及准确性。     

波浪作用下海上溢油潜浮于水的机理研究进展

从单油滴角度对波浪作用下漂浮溢油的入水过程(夹带、油滴的形成),演变过程(油滴的变形、破碎和聚并)和上浮过程的研究现状进行综述,介绍了溢油及相关领域的研究手段和实验方法,总结了海上溢油潜浮于水的行为机理及分布规律,并基于实验室和溢油现场的研究成果提出进一步需要探究的问题,为海上溢油污染的应急决策、追踪预测和损害评估等方面提供思路和借鉴。     

海底管道泄漏参数灵敏度分析

文章利用FLUENT软件中的欧拉模型,对海底管道油气两相泄漏进行仿真,分别模拟没有气体扩散及有气体扩散的情况,考虑了气泡尺寸、海流、泄漏率及油的种类等因素对油气运动形态的影响,采用灵敏度理论,计算出油在水下漂移距离及到达水面的时间的灵敏度。计算结果表明,泄漏率对油到达水面的时间的灵敏性最高,海流对油在水下漂移距离的灵敏性最高。该灵敏度分析结果可为管道泄漏应急决策提供理论依据。